玩具車里的電池沒電了之后，先別著急扔，放到遙控器、掛鐘里，還能再用很長一段時間。電動汽車里的動力鋰電池也存在類似的情況：由于續(xù)航里程的要求，當車載動力鋰電池的容量下降到只有原先容量的80%的時候，就不得不報廢了。但用在電車上雖然不行，能不能在其他要求相對低一點的領域繼續(xù)發(fā)揮余熱呢？

這便是電動汽車動力鋰電池梯次利用的概念。麻省理工大學的一個研究團隊近期在《應用能源》（AppliedEnergy）雜志上刊文，分析了將已經(jīng)退役的電動汽車動力鋰電池，用于為太陽能光伏電站供應儲能服務的經(jīng)濟可行性。他們得出的結論是，盡管業(yè)界對這樣做的成本問題憂心忡忡，但假如二手電池的價格可以低于新電池的60%，再輔以適當?shù)倪\行控制策略，報廢動力鋰電池用作新能源儲能也可以是劃算的。

該論文的第一作者、麻省理工大學博士后IanMathews認為，動力鋰電池梯次利用為光伏電站供應儲能這件事，真的可行。

近年來，電動汽車技術日臻成熟，再加上各國在不同層面上的政策扶持，全球電動汽車銷量屢創(chuàng)新高。不過，與常規(guī)燃油車不同的是，汽車雖然可以開很久，電動汽車上的電池卻不行。隨著電池充放電循環(huán)次數(shù)的新增，其可以儲存的最大電量電池的容量會逐步衰減、下降。當容量下降到原始容量的80%以下時，就將無法滿足續(xù)航里程的要求，必須更換新的電池。

換下來的報廢電池，其命運往往就是回收站了。在那里，電池里的貴金屬、電極等材料將被回收，而其他的部分，在無害化處理之后，就將塵歸塵，土歸土了。有機構預計，2020年我國動力鋰電池報廢裝機量將達到約25GWh。這么多的其實還能用的電池就這么報廢了，實在是太可惜了。

因此，隨著兩三年前我國第一批動力鋰電池的退役，動力鋰電池梯次利用的概念便走進了人們的視野。雖然無法繼續(xù)用在汽車上了，但還有80%的容量，依然老當益壯，可以志在千里。

城市里閃轉騰挪的電動自行車，鄉(xiāng)村道路上隨處可見的低速電動汽車，建設在偏遠山區(qū)的通信基站，為光伏、風電等不穩(wěn)定的新能源供應平衡發(fā)電輸出的儲能電站，理論上都可以是報廢動力鋰電池的理想去處。

在這些應用場景里，依然擁有80%容量的鋰離子電池，還可以安全地繼續(xù)使用到容量衰減到60%甚至更低的程度。據(jù)估計，到2025年，我國動力鋰電池梯次利用的市場將有望達到近300億元的規(guī)模。各路英豪紛紛摩拳擦掌，打算在這片藍海里闖出一番天地。

然而，盡管看上去梯次利用的優(yōu)勢顯而易見，但現(xiàn)實總是比夢想骨感一些。

理論上還有80%電量的電池，實際操作起來卻不一定是那么回事。

所謂的容量下降到原始容量的80%，并不等于所有的電池都下降到了80%。電動汽車使用的電池，是由一節(jié)一節(jié)的單體電池也就是所謂的電芯所組成的。許多電芯經(jīng)過串聯(lián)、并聯(lián)組成電池模塊，許多電池模塊再加上管理系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，才能最終組成了裝在汽車上的電池包。

盡管按照同樣的方法生產(chǎn)組裝，但每一個電芯的性能是略有差異的。組裝到電池模塊里之后，其使用情況也不盡相同。到了報廢的時候，電池模塊的容量下降到了80%，但具體到每一個電芯上，剩余的電量卻有高有低。

假如一節(jié)單體電池的容量已經(jīng)非常低了，超期服役會發(fā)生電池容量的突然衰減，俗稱跳水。跳水可能會導致電池膨脹、起火等安全事故的發(fā)生，威脅到電池模塊、甚至整個用電系統(tǒng)的安全運行。就算沒有跳水，電池的壽命也大限將至，無法按照設計發(fā)揮應有的用途。

因此，要想對動力鋰電池進行有效的梯次利用，就必須把每一個電芯都從嚴密包裹著的電池包、電池模塊里拆出來，對其容量、電阻等性能進行充分測量，根據(jù)這些參數(shù)分析出每一個電芯的實際性能，再將性能相近的電池重新組成新的電池模塊。這個過程幾乎相當于把電池模塊重新設計和生產(chǎn)了一次。

而且，這個重新生產(chǎn)的過程還很難實現(xiàn)規(guī)?；Ｇ也徽f不同批次、廠家的電池規(guī)格、材料不盡相同，這些電芯甚至連形狀都有可能不相同電芯可以是普通干電池那樣的圓柱形，也可以是方的、扁的這樣一來，盡管二手電池的電芯成本比全新電池要低，但對不同批次、甚至不同廠家生產(chǎn)的電池包進行徹底的拆解，對每一個電芯進行檢測，再分類、篩選，組裝成全新的電池模塊，工作量巨大，成本也很高。

此外，動力鋰電池和儲能電池的設計要求本身就不相同。動力鋰電池要求更高的能量密度，畢竟一輛車可以攜帶的電池重量有限，必須盡可能地提高可以儲存的電量；但儲能電池、備用電源電池對空間的要求就沒那么高了，更多的是要有更長的壽命。太陽能光伏電池的壽命動輒二三十年，與之配套的儲能電池假如要頻繁更換，會嚴重新增儲能電站的成本。

而且，由于本來就是二手電池，其壽命天然就比新電池要短。最后算下來，二手電池到底劃不劃算，一直是一個問號。

目前，業(yè)界普遍認為，報廢動力鋰電池用在低速電動汽車、通信基站上，還是可以接受的。

但大家最期待的，是將二手動力鋰電池用于新能源儲能。儲能技術被認為是能源轉型的瓶頸、應對氣候變化的關鍵，大多數(shù)電池專家都認為，全新的鋰離子電池并不能滿足要求，要研發(fā)新的化學儲能原理來讓電池擁有更低的成本和更高的壽命。至于二手動力鋰電池能不能在保證使用壽命的前提下有效降低成本，則一直眾說紛紜，沒有確切的答案。

麻省理工大學的這篇論文，就針對這個問題給出了自己的解讀。

為了評估使用電池進行儲能的經(jīng)濟效益，研究人員假設了一座位于美國加利福尼亞州的2.5MW的光伏電站。并按照加州的政策法規(guī)、商品的服務和價格，比較了三種情況下的成本和收益。這三種情況分別是：1）不安裝電池，2）安裝全新電池，3）安裝只剩80%容量的二手動力鋰電池。

為了估計電池的容量隨著時間推移的衰減程度，他們使用了一個基于實際數(shù)據(jù)的半相關經(jīng)驗模型。這個模型考慮了電池內部固體-電解質之間界面的非線性上升、隨著使用年限帶來的容量衰減，以及隨著循環(huán)壽命的新增帶來的容量衰減，以及電池的使用溫度。之前的研究發(fā)現(xiàn)，這個模型可以非常準確地估計各種鋰離子電池的容量衰減程度。

經(jīng)過計算，研究人員發(fā)現(xiàn)，假如不嚴格控制二手電池的使用方式，其容量衰減將會很快，經(jīng)濟性也會很差。

但若是嚴格控制二手電池的充放電深度，高不超過65%，低不低于15%，那么電池容量的衰減將會變得很慢。假設電池容量衰減到60%就要徹底報廢，那么二手動力鋰電池作為光伏儲能的使用壽命會長達16.1年。這個年限只比擁有100%初始容量的全新電池短一年多。

在這種情況下，只要二手電池的成本低于新電池的80%，其所能帶來的收益就將高于新電池。不過，這并不意味著二手電池用作光伏儲能就是劃算的。若是要保證順利收回建設光伏電站和儲能設施的投資，要讓二手電池的成本低于新電池的60%。

換句話說，假如想要通過動力鋰電池梯次利用的方式，實現(xiàn)鋰離子電池應用于大規(guī)模光伏儲能的設想，二手電池的成本必須比新電池低四成，具體使用過程中還要嚴格控制其充放電深度。

假如要做到這一點，從政府到公司都得再下功夫。其中最重要的，是電池的生產(chǎn)和檢測必須標準化，確保不同廠家、不同批次的電池可以用同樣的方式大規(guī)模拆解、檢測、重組。麥肯錫的一則報告估計，到2030年，動力鋰電池梯次利用的規(guī)模將可以滿足一半的新能源儲能消納的需求。但前提是，那時的電池必須用以終為始的態(tài)度，降低二手電池的加工成本，最大化地利用每一節(jié)電池的價值。

麻省理工大學博士后IanMathews表示，電動汽車的生產(chǎn)商、電池生產(chǎn)商、光伏電站等各利益相關方都應該坐下來好好討論一下，因為動力鋰電池梯次利用為光伏電站供應儲能這件事，真的可行。

參考：

MathewsI,XuB,HeW,BarretoV,BuonassisiT,PetersIM.Technoeconomicmodelofsecond-lifebatteriesforutility-scalesolarconsideringcalendarandcycleaging.ApplEnergy2020;269:115127.doi:10.1016/j.apenergy.2020.115127.

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